Clula solar atinge 190% de eficincia quntica

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 15/04/2024

Eficincia quntica

Um novo material fotovoltaico apresentou uma capacidade inesperada, com capacidade para aumentar drasticamente a eficincia dos painis solares.

Um prottipo de uma clula solar que usa esse material como camada ativa apresentou uma absoro fotovoltaica mdia de 80%, uma alta taxa de gerao de portadoras fotoexcitadas (eltrons “empurrados” por ftons) e uma eficincia quntica externa (EQE) de at 190%.

Essa eficincia quntica sem precedentes excede em muito o limite terico de eficincia dos materiais fotovoltaicos, conhecido como Limite de Shockley-Queisser, e leva o campo dos materiais para energia solar a novos patamares.

Nas clulas solares tradicionais, a EQE (eficincia quntica externa) mxima de 100%, representando a gerao e coleta de um eltron para cada fton absorvido da luz solar. No entanto, alguns materiais avanados e configuraes desenvolvidas ao longo dos ltimos anos demonstraram a capacidade de gerar e coletar mais de um eltron a partir de ftons de alta energia, representando uma EQE superior a 100%.

No novo material desenvolvido agora, estados da banda intermediria permitem a captura da energia dos ftons que perdida pelas clulas solares tradicionais, inclusive por meio da reflexo e da produo de calor.

Embora esses novos materiais, conhecidos como MEG, sigla em ingls para Gerao Mltipla de xcitons, ainda no estejam amplamente disponveis comercialmente, eles tm o potencial para aumentar significativamente a eficincia dos sistemas de energia solar.

Lacunas de van der Waals

O novo material tira proveito das chamadas “lacunas de van der Waals”, espaos atomicamente finos entre materiais bidimensionais, que se estruturam em camadas. Essas lacunas podem confinar molculas ou ons, e os cientistas de materiais geralmente as usam para inserir ou “intercalar” outros elementos, de modo a ajustar as propriedades dos materiais.

Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma, da Universidade Lehigh, nos EUA, inseriram tomos de cobre zerovalentes entre camadas de um material bidimensional feito de seleneto de germnio (GeSe) e sulfeto de estanho (SnS).

O salto de eficincia do material pode ser atribudo em grande parte aos seus distintos “estados de banda intermediria”, nveis de energia especficos posicionados dentro da estrutura eletrnica do material de uma forma que os torna ideais para converso de energia solar. Esses estados tm nveis de energia dentro dos intervalos ideais de subbandas – faixas de energia onde o material pode absorver a luz solar com eficincia e produzir portadores de carga -, entre cerca de 0,78 e 1,26 eltron-volts.

Alm disso, o material funcionou especialmente bem com altos nveis de absoro nas regies infravermelha e visvel do espectro eletromagntico.

Embora a integrao desse material em clulas solares de nvel industrial ainda exija mais pesquisa e desenvolvimento, os pesquisadores salientam que a tcnica experimental utilizada para criar este prottipo – a insero precisa de tomos, ons e molculas em materiais – j est altamente avanada, o que significa que boa parte do caminho j foi trilhada.

Outras notcias sobre: